Розчинність речовин. Склад розчинів. Способи вираження концентрації речовини в розчині.


Розчини можуть мати різний склад. Від складу обмеженого розчинністю речовини, до необмеженої розчинності речовини у певних розчинниках.
При розчиненні твердих речовин і газів в рідинах для кожної пари розчинена речовина / розчинник існує межа змішування, яка і характеризує розчинність речовини.

розчинність речовини в розчиннику кількісно визначається складом утвореного ними насиченого розчину

насичений розчин – це такий розчин, при додаванні в який порції розчинної речовини вона вже більше не переходить в розчин, а її вміст у розчині залишається постійним при даних умовах

Таким чином, насичений розчин знаходиться в контакті з надлишком розчинної речовини яка знаходиться у вигляді другої фази (осаду).

Кожна речовина володіє індивідуальною розчинністю в первному розчиннику. Розчинність речовин залежить від температури. Так наприклад, в рідких розчинниках, при підвищенні температури, розчинність твердих речовин, як правило, зростає, а розчинність газів знижується. На розчинність газів, сильний вплив має тиск: при підвищенні тиску розчинність газів зростає (наприклад розчин карбону (IV) оксиду у воді – газована мінеральна вода, утворюється під тиском).

ненасичений розчин – це такий розчин, в якому вміст розчиненого речовини менше розчинності цієї речовини

пересичений розчин – це такий розчин, в якому вміст розчиненого речовини перевищує розчинність цієї речовини

Пересичені розчини, більшою чи меншою мірою нестійкі (метастабільні). Наприклад, якщо в пересичений розчин ввести кристалик твердої розчиненої речовини, надлишкова (в порівнянні з насиченим розчином) кількість цієї речовини випаде в осад і утвориться насичений розчин.
Розчинність речовин залежить від температури, тому судження про насиченість розчину певною мірою відноситься до температури. Так, якщо при більш низькій температурі, розчин вважається насиченим, з підвищенням температури, може стати ненасиченим. Це явище можно спостерігати в дослідах розчинності мідного купоросу, розчинність якого сильно коливається в залежності від температури.

Концентрація (концентрація – це відношення неоднотипних величин; частка – це відношення однотипних величин, тому часта не має розмірності) речовини в розчині може бути виражена декількома способами:

Масова частка розчиненої речовини ω – це відношення маси розчиненої речовини до маси розчину. При цьому, результат виражається не у відсотках, як це часто роблять помилково, а в одиницях (частка одиниці). Масову процентну концентрацію розчину (саме вона відображається у відсотках) можна знайти за формулою:

ω·100%

Сучасна аналітична хімія, досягла значних успіхів у точності визначення концентрацій тих чи інших елементів. У сучасних наукових статтях можна зустріти такі позначення масових часток:

  • ppm – число міліграм (1·10-3 грам) речовини на кілограм розчину (mg / kg);
  • ppb – число мікрограмів (1·10-6 грам) речовини на кілограм розчину (μg / kg);
  • ppt – число нанограмм (1·10-9 грам) речовини на кілограм розчину (ng / kg);
  • ppq – число пикограмм (1·10-12 грам) речовини на кілограм розчину (pg / kg);

Об’ємна частка розчиненої речовини υ – це відношення об’єму розчиненої речовини до об’єму розчину. Об’ємну процентну концентрацію розчину, можна знайти за формулою:

υ·100%

Між щільністю розчину і його складом існує деяка залежність, яка, зазвичай, зображується у табличній формі. Тому склад однокомпонентних розчинів можна приблизно визначити, якщо виміряти їх щільність. Відносну щільність рідких розчинів вимірюють за допомогою ареометрів – виконаних у вигляді поплавців-трубок зі шкалою і вантажем певної маси в нижній частині. За глибиною занурення в розчин поплавка знаходять значення відносної щільності розчину, а потім, за допомогою таблиці (або графіка) визначають склад розчину. На шкалі спеціальних ареометрів наносять не щільність, а вже готові значення масової або об’ємної відсоткової концентрації розчину, наприклад для вимірювання об’ємної відсоткової концентрації етанолу у воді, або масової відсоткової концентрації сірчаної кислоти. Щільність розчинів залежить від температури, тому вимірювання необхідно проводити при стандартній температурі розчину, при якій проводилось градуювання ареометра (температура вказана на шкалі), найчастіше це 20°C. Таблиці “Щільність водних розчинів” різних речовин можна знайти у відповідному розділі довідника з хімії “Довідкові таблиці”.

Молярна концентрація СM (моль/м3, моль/дм3 = моль/л) – це відношення формульної кількості розчиненої речовини n до об’єму розчину V(p):

CM = n / V(p)

молярність розчину – величина, чисельно дорівнює молярній концентрації розчиненої речовини, в моль/л. Молярна концентрація записується як числове значення з подальшою буквою M або словом “молярний”: 0,1M = 0,1 молярний розчин.

Еквівалентна концентрація Сeq (моль/м3, моль/дм3 = моль/л) – це відношення еквівалентної кількості розчиненої речовини neq до об’єму розчину V(p):

Ceq = neq / V(p)

Нормальність розчину – величина, чисельно рівна еквівалентній концентрації розчиненої речовини, в моль/л. Нормальність розчину в розрахункових формулах позначається символом N, а числове значення нормальності вказують числовим значенням еквівалентної концентрації розчиненої речовини, в моль/л.
Оскільки еквівалентна і формульна кількості речовини пов’язані відношенням neq = n / feq, то еквівалентну концентрацію розчиненої речовини Сeq можна представити як відношення молярної концентрації СM до фактору еквівалентності feq цієї речовини в даній конкретній реакції:

Ceq = СM / feq

Слід особливо підкреслити, що молярність розчину даної речовини визначається методикою приготування розчину (кількістю розчиненої речовини і розчинника) і не залежить від реакції, в якій ця речовина бере участь. Навпаки, нормальність розчину залежить від реакції, тому одна і та ж речовина, в різних реакціях може мати різні значення еквівалентного числа. Не можна приготувати розчин речовини заданої нормальності, не знаючи, в якій реакції ця речовина буде брати участь, бо це не дасть можливості розрахувати необхідну формульну кількість речовини. Наприклад, 0,1 н. розчин хлороводню в реакції з натрій гідроксидом буде відповідати значенню концентрації, а от в реакції з калій перманганатом, де хлор окислюється манганат іоном, нормальність розчину хлороводню визначатиме саме ступінь окислення хлору після реакції з манганат іоном.

Моляльна концентрація Cml (моль/кг) – це відношення кількості розчиненої речовини n до маси розчинника msol:

Cml = n / msol

Моляльна концентрація не залежить від температури розчину, тому маса розчину при різних температурах залишається постійною; а об’єм розчину, змінюється в залежності від температури.
Зверніть увагу, на те, що незважаючи на співзвучність у назвах: молярна і моляльна – це різні способи вираження концентрації речовини в розчині.

Титр розчину T (г/мл) – це відношення маси розчиненої речовини ms до об’єму розчину V(p):

T = ms / V(p)

Одиницею об’єму служить 1 мл розчину. Титр застосовується в об’ємному методі хімічного аналізу. У практиці аналітичної хімії, концентрацію титранта розраховують щодо конкретної реакції титрування таким чином, щоб об’єм використаного титранту показував масу речовини невідомої концентрації. Такий спосіб вираження концентрації розчину скорочує час обробки результатів хімічного аналізу.

Мольна частка (молярна частка) Xj – це відношення кількості розчиненої речовини до загальної кількості всіх компонентів складових розчину (сума кількостей розчинених речовин і кількості розчинника).

Xj = nj / Σni

Для об’ємного аналізу важливим є таке положення:

рівні об’єми розчинів однакової нормальності містять рівні еквівалентні кількості розчинених речовин які приймають участь у певній хімічній реакції


Comments are closed.